基于嵌入式的数控技术研究与实现

在数控技术网络化、信息化、开放性发展的趋势下,针对当前基于PC数控系统的结构和功能缺乏柔性、扩展不方便、资源利用不很充分、系统开放性不够等问题,利用嵌入式、网络与通信技术,提出了模块化、网络化嵌入式数控系统的概念和体系结构.在该体系结构的框架下,具体介绍了其硬件和软件系统平台的模块化的开发和实现过程.通过模块化的嵌入式软硬件结构设计,该系统具有资源利用更充分、结构灵活、易于扩展、具有开放架构并能更好满足网络化数字制造环境下数控加工需求的特点,且通过嵌入式Web实现了更便捷的远程控制与监测.     

机床数控系统的组网与远程监控的实现

针对数控系统集成化、模块化、网络化、智能化的发展趋势,分析数控系统组网的条件和优势,提出一种基于实时以太网技术、采用TCP协议及Socket编程接口的局域网实现对基于ARM的机床数控系统的组网和远程监控。研究了数控系统网络化,具有一定的实际应用价值。     

嵌入式数控系统通信功能的实现

提出了一种网络化嵌入式数控系统，系统采用ARM＋DSP结构，实现了数控系统的小型化、网络化、智能化和集成化。详细介绍了嵌入式数控系统内CNC主控单元与伺服驱动及I／O逻辑控制等各单元间的通信、车间级工业以太网络的通信和Intranet／Internet网络通信，并给出了关键实现技术。     

专利信息

模块化嵌入式数控系统公开号:1624612本发明公开一种模块化嵌入式数控系统装置,包括标准PLC输入/输出接口模块和与外部设备连接的外部接口,其特征在于还包括内部固化模块化可重构嵌入式数控操作系统软件库的CPU管理控制模块,内部固化模块化嵌入式1轴、2轴或4轴的驱动控制软件库的1轴、2轴或4轴的驱动控制模块,和内部固化模块化嵌入式PLC控制软件库的PLC管理控制模块以及前述各模块间实现网络连接的数控内部串行网络总线和多通道(路径)管理控制软件包。该系统应用数控内部CAN串行网络总线和数控多通道技术,采用模块化的数控硬件控制模…     

开放式数控系统体系结构及网络化实现

基于通用PC平台的架构不能从根本上解决数控系统的开放性,系统可靠性也有待进一步研究验证.借助国内外对开放式数控系统(ONC)的研究和开发经验,基于ARM DSP构架和嵌入式RTLinux的开放式数控系统完全可以取代现有的PC平台,从底层实现数控系统的开放,同时通过实时发布/订阅通信模式保证上下位间实时通信,实现数控系统的网络化和集成化,并通过对一台车床的改造验证了系统的有效性.     

基于MAS技术的开放式数控系统软件体系结构的研究

文章详细分析了开放式数控系统的特征,指出了传统系统构建方法在满足数控系统智能化需求上的不足.在上述理论研究的基础上提出了基于多智能体技术(MAS)的开放式数控系统软件体系结构,并以两个典型智能体为例,论述了系统中各智能体的功能结构和设计方法,最后对系统中各智能体间的通信机制进行了研究和设计.引入多智能体技术,为构建开放式系统提供了一种可行方法,对深入研究开放式数控系统体系结构具有一定的参考价值.     

面向CPS架构的数控机床智能监控系统的设计

文章针对数控机床监控技术目前存在的问题,提出了基于CPS架构的数控机床智能监控系统。文章在蓝天数控的数控系统网络化平台环境下,结合信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)的应用策略,将智能监控系统设计为感知控制层、网络层、决策应用层三层,并结合CPS的相关性技术形成一个基于"感知-分析-决策-控制-反馈"的闭环监控机制,有效的提高了数控机床智能监控技术水平,对实现数控机床的高效可靠运行及管理具有重要的意义。     

感应淬火机床数控系统智能化与网络化问题综述

专业化、智能化和网络化是感应热处理设备数控系统发展的必然趋势.本文对智能化的感应淬火数控系统参数优化技术、加热电源共享技术、能量监控技术、加热电源输出功率智能控制技术、变形自适应调整技术、坏件自动剔出技术等进行了综述,提出了感应热处理设备网络化方案,给出了淬火机器人控制系统结构.     

嵌入式数控雕刻机手持HMI设计

为适应数控系统智能化、小型化、专业化的发展方向,开发了基于ARM架构和Linux操作系统的嵌入式数控雕刻机手持HMI系统。系统由S3C2440核心板、ZLG7290键盘板、LCD电路、存储电路、通信模块、输入模块等组成。针对Linux3.4.2内核进行裁剪和移植,并应用了支持S3C2440的补丁,开发了基于Linux的数控雕刻机人机界面,实现人机交互。实验表明:嵌入式数控系统手持式HMI实时性好,功能强,能够满足加工要求。     

基于MAS的智能数控系统体系结构研究

作为智能制造的技术基础与核心控制单元,智能数控系统表现出信息感知、交互以及自主决策优化等特性。利用MAS进行智能数控系统体系结构设计,可以充分发挥Agent在学习推理以及智能决策等方面的优势,满足系统智能化需求。在分析智能数控加工流程的基础上,提出采用层次结构设计,按系统功能划分为人机交互、信息管理、几何设计、工艺规划、运动控制、逻辑控制以及故障诊断等模块。各模块间采用混合式结构进行通信。     

基于RT-Linux的嵌入式数控系统研究

嵌入式计算机技术和数控技术结合是构建开放式数控系统新的有效途径，能够实现数控系统硬件和软件上的开放性。文中对该系统中嵌入式操作系统实时性实现和数控功能划分两个关键性问题进行了研究分析。采用RT—Linux作为嵌入式操作系统，满足了数控系统实时性和多任务的要求。依据操作系统要求又对数控功能模块进行了划分，使其和RT—Linux更好结合，最终实现开放的嵌入式数控系统。     

基于嵌入式传感装置的数控机床颤振实时补偿研究

针对数控机床加工时出现的颤振影响工件加工精度的难题,提出了基于嵌入式传感装置对数控机床颤振误差进行实时补偿的一种方法。首先,构建了CAN总线车间机床工作状态信息采集网络,并且采用PIC18F系列微处理器作为智能终端,移植TCP/IP协议,实现了机床各轴加速度数据的采集;然后,将数据打包通过无线网络通信模块将数据上传至上位机,上位机服务器系统通过数据筛选、分析和解包显示相关信息;最后,通过加速度传感器信息和颤振误差补偿模型计算数控机床颤振补偿值。实验结果表明：该嵌入式系统对数控机床加工精度有着良好的改善、可靠性好,并且有效地提高了车间机床的加工效率。     

基于OpenCV的嵌入式数控刀具磨损检测系统开发

基于嵌入式ARM-Linux平台与OpenCV开源视觉库设计出一款在线检测数控刀具磨损状态的系统。系统采用Linux的视频模块V4L2对工业摄像头进行数据的采集,利用OpenCV智能算法以及轮廓处理等相关函数在嵌入式图像采集端实现了对刀具磨损特征值(VB)的提取,根据提取出的特征值判断刀具磨损状态。终端WIFI模块通过自身AP功能,将图像数据传输到其他网络设备进行显示,实现了无线传输功能。测试结果表明,系统达到预期目标。     

基于虚拟仪器的e-维护监测诊断系统研究

研究了基于虚拟仪器的e-维护监测诊断系统,该系统是集嵌入式技术、虚拟仪器技术、网络技术和监测诊断技术于一体,能集成在被监测对象中的嵌入式监测维护系统。本文介绍了系统的结构以及系统网络接入方案、数据库结构、网络数据库接口等关键技术,分析了嵌入式e-维护技术的应用领域和发展前景。将该系统应用到数控机床的监测诊断中,成功地诊断出该机床的主轴轴承的点蚀故障。该诊断系统还可用于其它智能设备的诊断。     

开放式网络数控系统的新发展--数控信息网络存储制造

在分析开放式数控系统和网络数控技术的基础上，首次提出了数控信息网络存储制造的新概念。建立数控信息网络存储制造系统，可在本地及远程接收或发送数控加工生产信息，采集加工过程中切削参数信号和现场视频信号，进行智能监测与控制。     

面向智能制造的OPC UA总线桥通信系统研发

各种异构信息源工业设备间通信是实现智能制造关键落地技术。针对此问题,研发一种基于OPC UA的总线桥通信系统。构建嵌入式总线桥,硬件上支持与I2C接口和RJ45接口,软件上在Linux系统基础上移植UATCP协议栈,实现传感器与828D数控系统通信。实验结果表明：使用总线桥实现了底层设备与数控系统间的通信,具有跨平台性与简便性,使智能制造成为可能。     

基于COM技术的开放式数控系统研究

为了实现在较高层次上满足数控系统开放性的要求，笔者基于COM技术对数控系统开发进行研究。首先，结合开放式数控系统的特点，笔者建立了开放式数控系统应用层、功能层和设备层三层体系结构，使得对某一层的修改无需涉及其他层的变更，便于系统的开发、维护；另外，基于COM技术语言无关性、接口规范化、模块化程度高等特点，笔者将数控系统的功能模型划分为：人机交互界面、输入数据预处理、刀补预处理、插补运算、轴伺服控制、运动控制、PLC等组件，各组件以插件的方式构成的数控系统，满足开放式数控系统的可互换性，可扩展性，可重构性等要求。最后，利用COM技术实现插补组件为例，验证了COM技术实现开放式数控系统的优越性。     

嵌入式数控系统NCUC-Bus现场总线设备驱动研究与开发

针对NCUC-Bus现场总线技术在嵌入式数控系统中的应用,分析了基于NCUC-Bus的嵌入式数控系统的网络结构、工作原理和对设备驱动的设计要求,搭建了基于ARM+FPGA的NCUC-Bus嵌入式数控系统硬件平台。在嵌入式实时Linux操作系统下,采用RTDM编写NCUC-Bus总线设备驱动程序,解析了驱动程序中用到的关键函数。对驱动程序进行了功能和性能测试后,成功应用到NCUC-Bus嵌入式数控系统中。结果表明在实时Linux操作系统下,设计能有效地操作NCUC-Bus总线设备。     

基于STEP-NC的数控铣削仿真系统的研究

STEP-NC是STEP向数控领域的扩展.STEP-NC使CNC与其它CAX系统之间实现了信息的双向流通,丰富了数控程序的信息含量,提高了CNC的智能化水平.文章利用Visual C 编程语言及OpenGL图形库实现了一个基于STEP-NC的数控铣削仿真系统,构建了基于STEP-NC的软件,规划了其体系结构,论述了STEP-NC类库的设计过程.随后,给出了系统各功能模块的实施细节,分析了各模块实现的关键技术,着重介绍了系统各功能模块的设计与实现,并给出了程序算法及相关流程图.验证了STEP-NC数据模型的可行性.